二維多組分材料(2DMCMs)是指由兩種或多種元素組成的二維材料,因其在電子、光學、熱學等方面具有獨特的性能,成為了研究熱點。尤其是在能源存儲、傳感器、催化等領域的潛在應用,使得二維材料的多組分設計受到了廣泛關注。然而,傳統的二維多組分材料合成方法由于反應路徑復雜且不穩定,常常導致相分離和成分不均勻,嚴重制約了其性能的穩定性與可控性。因此,如何實現二維多組分材料的高質量合成,并精確調控其成分,成為當前研究的難題。成果簡介為了解決這一問題,北京航空航天大學宮勇吉教授團隊在Nature Synthesis期刊上發表了題為“Synthesis of two-dimensional transition metal phosphorous chalcogenides and their high-entropy alloys”的最新論文。第一作者為闕海峰,李泌軒為共同一作。團隊提出了一種空間限制化學氣相傳輸策略(CVDT),該方法能夠在避免相分離和成分不均勻的情況下合成高質量的二維多組分材料。通過該策略,研究人員成功合成了十二種類型的過渡金屬磷硫化物及其合金(多達九種元素),并實現了成分的精確控制。該方法的核心優勢在于結合了化學氣相傳輸與限制生長空間,能夠實現均勻且可控的氣相環境,從而實現選擇性橫向生長,并確保了高熵合金的組成一致性。實驗結果表明,所合成的CuInP2S6展現出室溫鐵電性,并且通過引入鎳雜原子,材料的鐵電性能和反鐵磁性能都可以進一步調節。這些成果表明,采用該策略合成的二維多組分材料不僅具有高質量的晶體結構,還能夠根據需求調節其性能,為深入研究材料的成分與性能之間的關系提供了新的技術路徑。研究亮點1. 實驗首次采用空間限制化學氣相傳輸策略合成高質量二維多組分材料(2DMCMs),成功避免了相分離和成分不均勻,合成了十二種類型的過渡金屬磷硫化物及其合金(多達九種元素)。2. 實驗通過結合化學氣相傳輸和限制生長空間的方法,成功實現了均勻且可控的氣相環境,并實現了選擇性橫向生長,精確控制了合成材料的成分一致性,尤其是在高熵合金合成中,保證了成分的精確調控。3. 實驗通過合成的CuInP2S6材料,觀察到室溫鐵電性,表現為清晰的電滯回線和可切換的極化,表明合成的晶體質量優良,且其鐵電性能可通過引入鎳雜原子進一步調節。4. 實驗還通過引入雜原子,成功調節了過渡金屬磷硫化物的反鐵磁性能,拓展了其在自旋電子學和多功能器件中的應用潛力。圖文解讀圖1.通過化學氣相輸運法(SCCVT)的合成機制及生長過程。圖2.直接合成的二維TMPCs及其合金的化學分析。圖3.一種九元高熵合金NiaFebMncIndCoeZnfPSgSe3?g的結構表征及成分一致性。圖4.通過該方法合成的單晶的物理性質。結論展望本研究提出了一種全新的空間限制化學氣相傳輸策略,通過精準控制二維多組分材料(2DMCMs)的合成環境,成功避免了傳統合成方法中常見的相分離和成分不均勻問題。這一方法不僅提高了材料的質量和一致性,還能實現高熵合金等復雜化學計量材料的精確合成,為二維材料的研究提供了新的視角。此外,實驗通過對CuInP2S6材料的研究,揭示了其室溫鐵電性及其對鎳雜原子的響應,為二維材料在鐵電性能和自旋電子學等領域的應用開辟了新的道路。更重要的是,利用該策略調節過渡金屬磷硫化物的反鐵磁性能,展示了通過成分調控來實現功能調節的巨大潛力。因此,該方法不僅拓展了二維材料的合成與調控手段,也為探索成分–性能關系及其物理機制提供了重要的實驗依據,推動了二維多組分材料在各類新型電子和磁性器件中的應用發展。文獻信息Que, H., Li, B., Sun, L. et al. Synthesis of two-dimensional transition metal phosphorous chalcogenides and their high-entropy alloys. Nat. Synth (2025). https://doi.org/10.1038/s44160-025-00737-3